未来20年内，在全球范围内规划建设的最大机场中，有阿联酋的迪拜世界中心国际机场，土耳其的伊斯坦布尔第三国际机场和中国的北京新机场。北京新机场，需要告诉世界，如何用“中国智慧”，实现“引领世界机场建设，打造全球空港标杆”的目标。从国内视角看，北京新机场，是一座集众多特殊性于一身的机场。

图1 北京新机场效果图

1 项目简介

为给旅客提供洁净、明亮与舒适的乘机环境，机场长时间营运所消耗的能源是相当惊人的。据欧盟调查研究发现，一座民用机场的耗能可与一座小型城镇相较，其中更有部分能源因管控不当而白白浪费。因此，近年来全球各地不少响应节能环保的机场已开始导入自动化系统以取代传统由人员巡检的管理模式，更有甚者则引进了智能化系统，通过系统自动控制避免不必要的浪费、提升监控效率，更降低整体能源使用量以达到节约能源的目标。

一套具联动控制功能的智能化机场能源与设备综合运维平台包含许多互相关联的子系统与大量、多样的设备、仪表。从设备端取得的运转状态数据必须通过数据网关先做通讯协议转换后才可整合至中央管理系统，进而利用这些数据进行监测与控制。因此，作为数据网关的计算机的性能与稳定性决定着整个系统的顺畅度与可靠度。研华ECU-4553电力能源通讯管理机足以肩负此承上启下的关键任务，这款符合IEC 61850-3标准、专为电力自动化应用而设计的网关不仅有卓越的性能让系统软件得以充分发挥其功能，也提供丰富的端口用以一次连接多种底层装置，其卓越的抗干扰能力还有助于确保在严苛使用环境中系统稳定运作。

2 系统需求

以满足一亿人次年旅客吞吐量为目标的北京新机场即将于2019年下半年竣工营运。该机场既被定位为大型国际航空枢纽，更致力于成为中国绿色机场的典范。因此设计之初就把节能环保理念纳入规划，整个机场分为3个大区：航站区、配套区、飞行区。以26个变电室、60台变压器、9个备用电源发电机房及258个配电室建置一套无人值守、集中管理的能源与设备综合运维平台，藉此全面监控航厦内的空调、照明、供水、供暖、电梯等能耗设施及相关仪表。

而为了能将机场内的能耗做通盘审计以分析出可节省能源的潜在环节，再通过联动机制降低能耗，系统整合厂商需要在每间电气室内配置计算机作为数据网关收集大量数据，并且将不同通讯协议数据转换为符合IEC 61850-9的格式后，才可上传至能源与设备综合运维平台。而该系统整合厂商想要采购的计算机必须满足以下条件：

·高性能、高稳定性的工业级计算机以提供足够的运算能力处理大量资料；

·符合IEC 61850-3标准的讯号隔离与抗干扰硬件设计；

·采用RT-Linux实时操作系统以达到实时控制；

·较宽的工作温度范围与较佳的抗干扰能力以便在严苛环境中稳定运作；

·具备多个RS-485/232串口与网口以连接众多底层设备与传送数据。

3 系统概述

在配置有258间电气室的北京新机场，每一间都装设一台研华ECU-4553作为数据网关，用于采集数据信息并进行边缘计算，作为辅助监测系统的关键通讯管理设备，即可满足此项目串连大量、多样底层设备与上层管理系统的需求。通过这台电力能源通讯管理机提供的串口连接微机保护装置、高压/低压电力仪表、现场I/O装置、现场控制单元等装置，并在其高速运算处理下完成采集数据的通讯协议转换，大量数据就能通过以太网络端口连接的交换机传送至位于监控中心的管理系统，并简化物联网架构设计，多串口的优势可减少小型网关的搭建，降低布线成本和设备成本节省调试配置时间，全面降低系统集成商采购、调试、维护成本和项目实施周期，同时1U上架设计，宽温等性能均满足配电室要求。

同时，系统也可经由ECU-4553对底层设备下达控制指令，譬如根据航班信息来事前了解某些区域旅客流量的多寡，于人流较少时关闭该区的空调；又或者是当接收到变压器的异常讯号而出现临时停电状况时，亦能由监控中心远程启动备用电源发电机。

内建TI Cortex A8处理器的ECU-4553是一款符合IEC61850电力规范的高性能工业等级通讯管理专用机，搭配具有实时特色的RT-Linux操作系统，可让智能化能耗监控系统的整体执行效率更精准。支持宽温（-40~70°C）则可排除因极度低温或高温导致计算机无法启动或死机的问题。而在电磁兼容性（EMC）方面，ECU-4553符合IEC 61850-3硬件标准规范，既具备足够抵抗外界电磁干扰的能力，同时也不会对其它设备或装置的运作造成影响，因此就算被安装在有众多电气与电子设备的环境内，它依然能够稳定运行。

至于承上启下的部分，ECU-4553提供4个网口、16个串口，可轻松连接使用不同协议（例如IEC-60870-5-104、IEC-60870-5-101、Modbus/RTU、Modbus/TCP）的各种设备，既满足项目目前的联网需求，又为系统预留了日后扩充的空间。

ECU-4553具有以下特色：

·采用CortexA8处理器

·DDR3L 1GB RAM

·1 GBMicro-SD系统内存卡

·1个Micro-SD存储插槽

·16个RS-232/485隔离串口

·4个10/100以太网端口

·支持-40℃-70℃宽工作温度

·支持SD卡

4 系统架构图

图2 系统架构图

5 结论

想要摆脱高能耗的束缚，物联网时代的新机场必须导入节能环保与智能管理。而数据网关身为智能化能耗监控系统的核心设备，能否不负所托、完成使命，要看其长效性能与稳定耐用等方面能否经受得起考验。研华ECU-4553通讯管理机不仅是专为电力能源应用而设计的高性能计算机，其还通过了长达两年的电磁兼容性、硬件可靠性、软硬兼容性等严格测试，因而受到系统整合商与业主北京新机场的一致好评。而该专精于智能化能源管理系统开发的系统整合商亦表示，未来除了在中国新机场建置、既有机场升级等项目中持续选用ECU-4553之外，亦打算在其他大型公共建筑、商用办公大楼、智慧城市等高能耗场域中采用ECU-4553为客户搭建节省营运成本与优化管理效率的智能化能耗监控系统。

图3 北京新机场能耗图

摘自《自动化博览》2019年9月刊